白龙江流域滑坡、泥石流等地质灾害分布范围广,发生频次高,是我国四大地质灾害高发区之一。植被能够增加土体强度和抗侵蚀能力,对控制滑坡、泥石流等山地地质灾害具有重要作用。定量研究植被根系固土能力是将植被应用到灾害防治实践中的核心内容,但是对该领域的研究尚十分欠缺。目前本区域灾害防治仍以工程手段为主,绿化工作也仍以提高植被覆盖率为主要目的,未充分考虑和利用植被的固土抗蚀作用,因此存在物种选择盲目、对植被在沟道内不同位置固土能力认识不足等问题。针对以上问题,本文基于已有研究成果,在生态学、材料力学、土力学、水力学、水土保持林学等理论的指导下,借助大型直剪仪、万能试验机等仪器,采用现场调查、野外试验、室内测试与模型模拟相结合的方法,系统地研究了泥石流沟道内不同位置上植物根系固土抗蚀的力学效应。得到主要成果如下:(1)研究了白龙江流域刺槐、白杨、紫穗槐三种绿化物种根系的分布特征和单根力学强度,并以此为基础甄选了地质灾害区生态修复首选物种。相较于白杨、紫穗槐等其他两种绿化树种,刺槐适应环境能力强,生长速度快,并且其根系具有较高的抗拉强度和扩展范围。因此,适宜将刺槐作为本区域控制灾害的首选物种;(2)研究了不同条件下刺槐林对浅层滑坡稳定性的影响。结果表明,遍布整个斜坡的刺槐林能够在最大程度上增强斜坡的稳定性,而种植在斜坡中部的刺槐林由于其根系位于潜在滑动面上,因而对斜坡稳定性的影响较小。总体来讲,虽然刺槐细根能够增加表层土体的粘聚力(平均增加值为15 kPa),并且部分根系能够深入土体内部产生一定的锚固作用,但是刺槐对斜坡整体稳定性的贡献依然十分有限,其对斜坡稳定性的贡献值在4-11%之间;(3)研究了不同林龄刺槐林在不同强度泥石流作用下对低矮河岸的加固作用。结果表明,随着林龄的增加,植物对河岸的保护作用逐渐增强,并且4年生刺槐林已经能够使得河岸在洪峰流量为73.06 m3/s的泥石流中保持稳定;(4)研究了提高沟床内植被覆盖度对沟床内径流形态的影响。根据实测沟床形态,基于径流和沟道发育物理机制的元胞自动机模型构建了虚拟径流场,计算了沟床内植被对沟床内径流形态的影响。结果表明,随着植被定植密度的增加,沟床内的径流形态将由目前的辫流向曲流转变,同时沟床内由水流占据的宽度将平均减少18-24%;综上所述,斜坡、河岸以及沟床是泥石流沟的主要组成部分,以刺槐为代表的植物在以上三个重要位置均能发挥固土抗蚀作用,并且随着植被的生长,这种作用将日益增强。因此,建议选择刺槐作为本区域生态修复的首选物种,并将其以1.0×1.0 m的密度种植在斜坡、河岸以及沟床内,以充分发挥其控制水土流失、泥石流等地质灾害的作用。